CN111246611A - 一种电磁加热烹饪器具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电磁加热烹饪器具，包括电磁加热模块、开关管，以及电流采样模块、控制模块；在全波整流工作模式和半波第一阶段下，控制模块对开关管分别发送第一控制信号和第二控制信号，使电磁加热模块分别在第一目标功率P₁和第二目标功率P₂工作；在半波第二阶段下，控制模块根据交流电源周期以及第三目标功率P₃，设定采样周期；电流采样模块按照采样周期对烹饪器具的工作电流进行采样；控制模块根据采样结果，在采样周期内以一定占空比对开关管输出第三控制信号，以使电磁加热模块在第三目标功率P₃工作；其中，P₁＞P₂＞P₃；采样周期大于交流电源周期。本申请通过智能地调整对电磁加热烹饪器具的电流采样周期，实现了可靠的更小功率连续加热。

Description

一种电磁加热烹饪器具

技术领域

本申请涉及烹饪控制技术领域，尤其涉及一种电磁加热烹饪器具。

背景技术

电磁炉是一种便利的烹饪器具，其提供了多个加热功率档位，以满足用户不同的烹饪需求。

在现有技术中，电磁炉通过半波整流实现小功率连续加热，但是，为了保证加热模块的开关模块的可靠性，会控制加热功率不能低于400W，具体原理见图1。开关模块通常为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，图1为现有技术中电磁炉通过半波整流实现小功率连续加热时，加热功率低于400W时，IGBT的电压V_CE的示意图，从其中的局部放大图可以看出，在这种情况下，会出现较高的台阶电压V1和V2，进而导致IGBT温度提升过高，IGBT的工作性能和寿命降低。

基于此，为了使电磁炉能够满足更多的烹饪需求，需要可靠的更小功率的连续加热方案。

发明内容

本申请实施例提供一种电磁加热烹饪器具，用以解决现有技术中的如下技术问题：电磁炉通过半波整流实现小功率连续加热，但是，为了保证加热模块的开关模块的可靠性，会控制加热功率不能低于400W，为了使电磁炉能够满足更多的烹饪需求，需要可靠的更小功率的连续加热方案。

本申请实施例采用下述技术方案：

一种电磁加热烹饪器具，由外部交流电源供电，包括用于加热的电磁加热模块，使所述电磁加热模块进行加热工作的开关管，以及电流采样模块、控制模块；所述电磁加热模块具有全波整流工作模式和半波整流工作模式；

所述控制模块，连接所述电流采样模块、所述开关管；

所述半波整流工作模式具有半波第一阶段和半波第二阶段；

在所述全波整流工作模式和所述半波第一阶段下，所述控制模块对所述开关管分别发送第一控制信号和第二控制信号，使所述电磁加热模块分别在第一目标功率P₁和第二目标功率P₂工作；

在所述半波第二阶段下，所述控制模块根据交流电源周期以及第三目标功率P₃，设定采样周期；所述电流采样模块按照所述采样周期对所述烹饪器具的工作电流进行采样；所述控制模块根据采样结果，在所述采样周期内以一定占空比对所述开关管输出第三控制信号，以使所述电磁加热模块在第三目标功率P₃工作；

其中，P₁＞P₂＞P₃；所述采样周期大于交流电源周期。

可选地，在所述半波第一阶段下，所述第二控制信号驱动所述开关管开通的时间占开通和关断总时间的

在所述半波第二阶段下，所述第三控制信号的占空比为

所述交流电源周期为T，所述采样周期为N*T，N为不小于2的正整数，以使所述第三控制信号驱动所述开关管开通的时间占所述开通和关断总时间的

可选地，

在所述半波第二阶段下，所述交流电源周期为T，所述采样周期为M*N*T，N为不小于2的正整数，M为正整数；

所述第三控制信号驱动所述开关管在所述采样周期内的M个所述交流电源周期内开通，在所述采样周期内的其余时间内关断。

可选地，所述烹饪器具的额定功率为P₀，最小工作功率为P₀₀，满足：

P₃＞P₀₀。

可选地，还包括：

过零检测模块，用于检测交流电源电压的过零信号；

所述控制模块对检测到的过零信号进行循环计数，并在所述循环计数的值达到预设计数值时，发送相应的控制信号使所述电磁加热模块工作。

可选地，在所述半波第二阶段下，所述循环计数值为2N次，所述第三控制信号每隔2N*T在高电平与低电平之间切换。

可选地，在所述采样周期内对所述开关管输出所述第三控制信号的输出时间不小于交流电源周期。

可选地，还包括检锅模块；

所述控制芯片，发送所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号中的至少一种信号前，所述检锅模块检测以确定待加热的锅体。

可选地，P₃＜400W。

可选地，所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号包括：可编程脉冲发生器(Programme Pulse Generator，PPG)信号。

可选地，所述开关管包括IGBT。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过对半波整流模式进行阶段细分，在半波第一阶段将功率降低到全波整流工作模式的一半，在半波第二阶段，根据更小的目标功率，相应地智能调整对烹饪器具的电流采样周期，再根据电流采样周期控制开关管的开通关断时刻，实现了可靠的更小功率连续加热，不会导致开关管较高的台阶电压。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中电磁炉通过半波整流实现小功率连续加热时，加热功率低于400W时，IGBT的电压示意图；

图2为本申请的一些实施例提供的一种电磁加热烹饪器具的部分结构的示意图；

图3a～3f为本申请的一些实施例的方案涉及的一些波形示意图；

图4为本申请的一些实施例提供的一种应用功能场景下，电磁加热烹饪器具的一种工作流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在一种应用场景下，电磁炉功率控制分为两个阶段，第一阶段称为全波整流大功率大热阶段，该阶段的加热功率范围一般为1000W-2200W，第二阶段称为半波整流小功率连续加热阶段，该阶段的加热功率范围一般为400W-1000W。

而通过本申请的方案，为应用场景下的电磁炉功率控制增加了第三阶段，第三阶段称为半波整流更小功率连续加热阶段，该阶段的加热功率范围能够达到400W以下，并且，在第三阶段不会导致IGBT温度提升过高。

本申请的方案适用于包括电磁炉在内的电磁加热烹饪器具。

图2为本申请的一些实施例提供的一种电磁加热烹饪器具的部分结构的示意图，在图2中，电磁加热烹饪器具由外部交流电源供电(国内一般采用220V的工频交流电，称为市电，交流电源通过市电进行供电，交流电源周期则为市电周期)，包括用于加热的电磁加热模块，使电磁加热模块进行加热工作的开关管(比如，背景技术中的IGBT)，以及电流采样模块、控制模块，可选地，电磁加热烹饪器具还可以包括用于对交流电源的电压进行采样的电压采样模块，用于检测交流电源的电压或者电流的过零信号的过零检测模块，用于检测以确定待加热的锅体是否在位的检锅模块等。

控制模块，连接电流采样模块、开关管；开关管连接电磁加热模块。

电磁加热模块具有全波整流工作模式和半波整流工作模式。在上述的全波整流大功率大热阶段，以全波整流工作模式工作，半波整流工作模式具有半波第一阶段和半波第二阶段，半波第一阶段即为上述的半波整流小功率连续加热阶段，半波第二阶段即为上述的半波整流更小功率连续加热阶段。

在全波整流工作模式和半波第一阶段下，控制模块对开关管分别发送第一控制信号和第二控制信号，使电磁加热模块分别在第一目标功率P₁和第二目标功率P₂工作。

在半波第二阶段下，控制模块根据交流电源周期以及第三目标功率P₃，设定采样周期；电流采样模块按照采样周期对烹饪器具的工作电流进行采样；控制模块根据采样结果，在采样周期内以一定占空比对所述开关管输出第三控制信号，以使电磁加热模块在第三目标功率P₃工作；其中，P₁＞P₂＞P₃；采样周期大于交流电源周期。

在全波整流工作模式和半波第一阶段下，控制模块也可以根据电流采样模块的采样周期，对开关管输出相应的控制信号，不过此时的采样周期不同于在半波第二阶段下的采样周期。

控制模块控制开关管的方式是多样的，比如，通过PPG信号控制，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号控制等，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号即可以是相应的信号。

上述的采样周期具体指每间隔多久，对这段时间内电流水平进行一次综合的度量，度量方式是多样的，这里不做具体限定。一种度量方式是在每个采样周期，对该采样周期内的电流值计算一次平均值，作为该采样周期的电流采样的结果。

在本申请的一些实施例中，若电磁加热烹饪器具的额定功率为P₀，最小工作功率为P₀₀，考虑到功率损耗等因素，可以满足：

P₃＞P₀₀。一般地，半波第一阶段时的功率能降到全波整流工作模式时的一半左右，而半波第二阶段时的功率，相比于半波第一阶段时的功率能够进一步地减小，甚至是成倍减小。

基于图2的结构及其工作过程，通过对半波整流模式进行阶段细分，在半波第一阶段将功率降低到全波整流工作模式的一半，在半波第二阶段，根据更小的目标功率，相应地智能调整对烹饪器具的电流采样周期，再根据电流采样周期控制开关管的开通关断时刻，实现了可靠的更小功率连续加热，不会导致开关管较高的台阶电压。

在半波第一阶段下，可以充分完整地利用整流后剩余的半波电流，以减少能量损耗，基于此，可以使第二控制信号驱动所述开关管开通的时间占开通和关断总时间的

而开通的时间即是电流不为0的时间。

而在半波第二阶段下，使第三控制信号的占空比为

交流电源周期为T，采样周期为N*T，N为不小于2的正整数，以使第三控制信号驱动所述开关管开通的时间占所述开通和关断总时间的

这里N取整数的优点在于便于后续基于过零信号较为准确地采样电流，否则，可能需要在过零点之外进行开关管通断的切换。由于在半波第二阶段下，是基于半波整流过的信号进行功率控制的，因此，能够使功率进一步地降低到半波第一阶段时的

图3a～3f为本申请的一些实施例的方案涉及的一些波形示意图，下面一些实施例会结合这些波形示意图更直观地进行说明。

在本申请的一些实施例中，基于上面的思路，根据连续加热的M个交流电源周期，将电流的采样周期设定为交流电源周期的M*N倍，即采样周期为M*N*T，其中，M为正整数，第三控制信号驱动开关管在采样周期内的M个交流电源周期内开通，在采样周期内的其余时间内关断，具体比如，控制模块通过第三控制信号，在采样周期的M个交流电源周期内进行有效输出(比如输出高电平)，以控制开关管开通，其余时间内不输出(或者输出低电平)，以控制开关管关断，有效输出的时间内电磁加热模块产生有效的加热功率，通过控制有效输出与否的时间比例，实现对加热功率的动态控制。

例如，控制模块在采样周期的前M个交流电源周期内进行有效输出，随后的(N-1)*M个交流电源周期内不输出，如此，在一个采样周期内平均下来，能够得到

的加热功率。参见图3a、图3b，图3a示出了半波第一阶段IGBT电压波形，假定取N＝2，M＝1，交流电源周期为(T1+T2)，采样周期可以取(T1+T2+T3+T4)，若(T1+T2)时间内控制模块有效输出，(T3+T4)时间内控制模块不输出，则能够得到相比于半波第一阶段时一半的加热功率，图3b示出了半波第二阶段下控制后的IGBT电压波形。

图3a中是按照整数的交流电源周期划分时间比例的，优点在于，可以通过过零检测，在准确的时刻控制模块在有效输出与不输出之间的切换。在这种情况下，电磁加热烹饪器具还可以包括上述的过零检测模块。过零检测模块，用于检测交流电源电压的过零信号；控制模块对过零检测模块检测到的过零信号进行循环计数，并在循环计数的值达到预设计数值时，发送相应的控制信号使电磁加热模块工作。在半波第二阶段下，假定循环计数值为2N次，第三控制信号可以每隔2N*T在高电平与低电平(或者不输出)之间切换，当然，也可以切换地更为频繁，取决于需要对功率降低的具体程度。

例如，控制模块在采样周期的前M个交流电源周期内有效输出，随后的(N-1)*M个交流电源周期内不输出，在一次循环计数过程中，过零点计数2N次(也即，此时上述的循环计数值取2N)，依次为第0、1、2、3、(2N-1)次，之后再循环回到第0次。在第0到第(2M-1)次期间控制模块有效输出，在第2M到(2N-1)期间控制模块不输出，电流采样时刻为第(2N-1)次的下一次时，在电流采样时刻计算本采样周期内的电流值。如3c所示，循环计数值为4次，在过零计数标示0的波形段时间内，控制模块有效输出，在过零计数标示1、2、3的波形段时间内，控制模块不输出。

在本申请的一些实施例中，可以使采样周期内对所述开关管输出所述第三控制信号的输出时间不小于交流电源周期，优点在于：能够使得半波整流模式下控制模块在有电压输出的半波上具有有效输出，以保证电磁加热烹饪器具能够起功率。如图3d、图3e所示，如果控制模块的有效输出刚好作用在电压为0的时候，则电磁加热烹饪器具不会输出功率，因此，使得至少一个交流电源周期都有控制模块的有效输出，则在半波整流模式下电磁加热烹饪器具就可以可靠地输出功率，如图3f所示，图3f示出了半波第二阶段下进一步地降低一半功率的控制模块的控制信号波形。

根据上面的说明，本申请的一些实施例提供了一种应用功能场景下，电磁加热烹饪器具的一种工作流程示意图，如图4所示。在该应用场景下，控制模块通过PPG信号控制开关管通断。

图4中的流程包括以下步骤：

开始进行交流电源过零点计数，记作n；

控制通过PPG信号检锅，以确定电磁加热烹饪器具上待加热的锅具是否已到位，锅具已到位作为后续步骤执行的一个前提条件，以防止锅具未到位而白白浪费能源和其他处理资源。

若n＜2M，则控制模块发送PPG信号从而控制开关管正常开通，否则，若n＜2N，则控制模块停止发送PPG信号从而控制开关管关断。

当n＝＝2N，则当前采样周期结束，将n清零，计算电流采样值，用电流采样值去相应地调整PPG信号。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁加热烹饪器具，包括用于加热的电磁加热模块，使所述电磁加热模块进行加热工作的开关管，以及电流采样模块、控制模块；所述电磁加热模块具有全波整流工作模式和半波整流工作模式；

所述控制模块，连接所述电流采样模块、所述开关管；其特征在于：

所述半波整流工作模式具有半波第一阶段和半波第二阶段；

在所述全波整流工作模式和所述半波第一阶段下，所述控制模块对所述开关管分别发送第一控制信号和第二控制信号，使所述电磁加热模块分别在第一目标功率P₁和第二目标功率P₂工作；

在所述半波第二阶段下，所述控制模块根据交流电源周期以及第三目标功率P₃，设定采样周期；所述电流采样模块按照所述采样周期对所述烹饪器具的工作电流进行采样；所述控制模块根据采样结果，在所述采样周期内以一定占空比对所述开关管输出第三控制信号，以使所述电磁加热模块在第三目标功率P₃工作；

其中，P₁＞P₂＞P₃；所述采样周期大于交流电源周期。

2.如权利要求1所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，在所述半波第一阶段下，所述第二控制信号驱动所述开关管开通的时间占开通和关断总时间的

在所述半波第二阶段下，所述第三控制信号的占空比为

所述交流电源周期为T，所述采样周期为N*T，N为不小于2的正整数，以使所述第三控制信号驱动所述开关管开通的时间占所述开通和关断总时间的

3.如权利要求1所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，

在所述半波第二阶段下，所述交流电源周期为T，所述采样周期为M*N*T，N为不小于2的正整数，M为正整数；

所述第三控制信号驱动所述开关管在所述采样周期内的M个所述交流电源周期内开通，在所述采样周期内的其余时间内关断。

4.如权利要求1所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，所述烹饪器具的额定功率为P₀，最小工作功率为P₀₀，满足：

P₃＞P₀₀。

5.如权利要求1所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，还包括：

过零检测模块，用于检测交流电源电压的过零信号；

所述控制模块对检测到的过零信号进行循环计数，并在所述循环计数的值达到预设计数值时，发送相应的控制信号使所述电磁加热模块工作。

6.如权利要求5所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，在所述半波第二阶段下，所述循环计数值为2N次，所述第三控制信号每隔2N*T在高电平与低电平之间切换。

7.如权利要求1所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，在所述采样周期内对所述开关管输出所述第三控制信号的输出时间不小于交流电源周期。

8.如权利要求1所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，还包括检锅模块；

所述控制芯片，发送所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号中的至少一种信号前，所述检锅模块检测以确定待加热的锅体。

9.如权利要求1～8任一项所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，P₃＜400W。

10.如权利要求1～7任一项所述的电磁加热烹饪器具，其特征在于，所述开关管包括绝缘栅双极型晶体管IGBT。

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